地质聚合物可控低强材料（G-CLSM）的流变行为与冻融循环下空间损伤机制研究

为探究纤维增强地质聚合物可控低强材料（G-CLSM）的流变特性及冻融损伤机制，研究人员通过稳态流变剪切、无侧限抗压、冻融循环、计算机断层扫描（CT）和电子显微技术，揭示了水固比、电石渣（CCS）含量和冻融次数对材料流动性、剪切应力、抗压强度（UCS）及微观结构的影响。研究发现，水固比升高会降低材料屈服应力和塑性粘度，而CCS则能提升力学性能；冻融循环5-12次时孔隙显著增加，损伤演化经历微裂纹萌生至深层破坏五个阶段。该研究为提升地质聚合物材料的工程耐久性提供了理论支撑。

　　

在全球低碳转型背景下，地质聚合物（Geopolymer）因其低能耗、高废料利用率等优势，成为传统水泥的绿色替代材料。然而，地质聚合物可控低强度材料（G-CLSM）在实际应用中面临两大挑战：一是流变性能调控不足导致施工适应性差，二是冻融等环境因素易引发材料脆性破坏。针对这些问题，中国某研究团队在《Materials Today Communications》发表论文，系统探究了纤维增强G-CLSM的流变行为与冻融损伤机制。

研究采用多尺度技术联用策略：通过稳态流变仪测定剪切应力与粘度，无侧限抗压试验评估力学性能，冻融循环模拟环境老化，CT扫描三维重构孔隙演变，并结合扫描电镜（SEM）观察微观形貌。样本以工业废料（高炉矿渣BFS、赤泥RM）为基材，电石渣（CCS）为激发剂，掺入聚丙烯纤维（PPF）增强韧性。

流变性能调控规律
水固比升高（0.36→0.46）使流动性提升48%，但屈服应力降低62%，UCS下降34%；而CCS含量增加可提高剪切应力21%，塑性粘度增长19%，UCS提升28%。这表明CCS通过促进地质聚合物凝胶网络形成增强内聚力。

冻融损伤演化特征
冻融5次后质量损失率达1.2%，UCS衰减22%；CT显示5-12次循环时孔隙率突增40%，SEM证实裂纹从表面向深层扩展。损伤过程可分为五个阶段：微裂纹萌生→裂纹扩展→表面剥落→裂纹贯通→结构塌陷。

微观机制解析
纤维桥接效应延缓裂纹扩展，但冻融产生的冰晶压力会破坏凝胶相（C-(A)-S-H）与骨料界面。CCS中的Ca²⁺能优化孔隙结构，使临界冻融次数从7次延至12次。

该研究首次阐明了G-CLSM在环境-荷载耦合作用下的损伤演化路径，为废料基绿色建材的耐久性设计提供了理论依据。作者Xiangdong Zhang团队指出，通过优化水固比（0.40-0.42）和CCS掺量（8-10%），可兼顾施工流动性与抗冻性。成果对推动地质聚合物在路基填充、废弃物固化等工程中的应用具有重要价值，尤其适用于寒区基础设施建设。